基于数字电路竞争与冒险的仿真分析 (1)
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Theory
基于数字电路霓争与冒险的仿真分析
刘高潮
(桂林理工大学高职学院电子教研室,广西南宁530001)
【摘要】为了能有效地证明数字电子组合逻辑电路中存在竞争与冒险现象,找出如何消除竞争与冒险方法,现介绍采用MuldSim仿真软件,对教字电子组合逻辑电路中
如何产生的竞争与冒险现象,以及如何能消除竞争与冒险方法进行仿真分析。这样,有助于我们提高对数字电子组合逻辑电路中存在竞争与冒险现象的认识,以便于在今后的数字电路基础课程教学上,理论紧密结合实际,提高数字电路基础课程的教学水平。使学生更好的正确掌握敷宇逻辑电路的分析和设计方法,学好数字电路基础课程。
【关键词】Multisiln仿真软件;组合逻辑电路;竞争与冒险
引言
目前,我们在进行数字电路的教学过程中,对数字电子组合逻辑电路的分析和设计,都是在一1定理想情况下进行的,都是在输入输出为稳定状态情况下讨论的,即假定数字信号通过导线和各种逻辑门电路都没有延迟,并且数字信号的变化都是立即完成的,没有很好充分深入地考虑数字电子组合逻辑电路中各种逻辑门电路之间联系和内在关系。所以在对数字电子组合逻辑电路的分析和设计的教学时,常常强调要求学牛化简逻辑函数式,一味追求逻辑函数、逻辑电路最简化,对数字电子组含逻辑电路中存在竞争和冒险现象的教学不够重视,有砦只要求学牛作为一般了解知识来考虑。这样一来就有可能使学生不予重视,忽视了数字电子组合逻辑电路中的竞争和冒险这一重要现象。在数字电于组合逻辑电路的分析和设计中很容易产生理论脱离实际的思想。实际上,数字信号的变化都需要一定的传输延迟时间。在大多数组合逻辑电路中,一个数字信号可能会经过几条不同的路径又重新汇合到一个逻辑门电路的输入端。而由于路径上的传输时间可能不同,所以到达某一逻辑门的输入端的时刻就有先有后,这种的现象产生通常称为竞争。另当逻辑fJ电路的两个输入数字信号,同时向相反的状态变化时(一个信号从0变到1,另一个信号从l变到0),也可能产牛竞争。由于有这种组合逻辑电路中竞争的结果,在输出端就有可能产生错误的输fH,即输出端出现一种不应有的尖峰干扰脉冲,这种现象称为冒险。最后可能会引起负载电路的错误动作,造成数字电子仪器设备工作不可靠。因此,在进行数字电路基础课程的教学上,对组合逻辑电路的分析应理论联系实际,充分考虑竞争与冒险因素,积极采取有效措施来消除竞争与冒险现象。为了能有效地证明数字电子组合逻辑电路中存在竞争与冒险现象,找出如何消除竞争与冒
险方法。现介绍采用MultiSim仿真软件,对数字电子组合逻辑电路申如何产生的竞争与冒险现象,以及如何能消除竞争与冒险方法进行仿真分析。这样,有助于我们提高对数字电子组合逻辑电路中存在竞争与冒险现象的认识。在今后的数字电路基础课程教学上,理论联系实际,提高数字电路基础课程的教学水平。
1.产生竞争与冒险的仿真分析首先,理论上确定判断是否存在竞争与冒险的方法。通常在数’≠电子组含逻辑电路中采用观察逻辑函数表达式中逻辑函数关系是否存在着某个变量的原变量和反变量,即首先判断是否存在竞争,因为只有存在竞争,才能产生冒险。若逻辑函数表达式中逻辑函数关系存在竞争,可用消去逻辑函数表达式中不存在竞争的变量,留卜.有竞争的变量,作为判断逻辑电路是否具有冒险韵依据。如有:y:A+j逻辑函数关系存在0犁冒险,逻辑函数关系】,:彳j存在1型冒险。然后,通过实际仿真分析的结果判断数字电子组合逻辑电路中足否存在竞争与冒险。在Multisim仿真软件编辑窗,画出仿真电路如图l所示:
与冒险,可在仿真电路输入端输入模拟IKHZ数字信号,在仿真电路输出端接入模拟双踪示波器,仿真结果如表1。
裹1具有竞争的组合逻辑电路输入、输出波形囝
开芙状态逻辑函数
sl、s2朝向上fjj合
一
y=A■
sl,s2朝向F州台
y=一+A
j’'
’、
输入波形输出波形
结论
。。{i}
j
L.’
.:L.
Lu..
产生正尖峰干扰脉冲
—7F——r—1一
产生负尖峰干扰脉冲
通过对仿真电路的仿真分析,我们从Multisim仿真软件的模拟双踪示波器的输入、输出波形上很容易的得到结论。在输出端的输出波形上出现一个宽度仅为时差At的窄脉冲,即为“毛刺”,也叫尖峰干扰脉冲。当组合逻辑电路中逻辑函数关系存在y:一j时,会产生正尖峰干扰脉冲。当组合逻辑电路中逻辑函数关系存在】,:A+j时,会产生负尖峰干扰脉冲。
2.消除竞争与冒险现象的仿真分析在数字电子组合逻辑电路中为了消除竞争冒险现象,通常理论上来用:(1)增加冗余项,(2)加接滤波电容,(3)加接选通脉冲,(4)加接封锁脉冲等措施。现以增加冗余项为例,对消除竞争与冒险现象进行仿真分析。在仿真软件编辑窗,画出仿真电路如图2所示。
田l存在竞争的逻辑电路
仿真方法:
(1)根据理论上确定判断是否存在竞争与冒险的方法。对仿真电路图1中开关Sl、S2朝向上闭合时,仿真电路逻辑踊数】,:彳j,存在1型冒险。对仿真电路图1中开关S1、S2朝向F闭合时,仿真电路逻辑函数】,;A+j。存在0型冒险。
(2)实际观察仿真电路是否存在竞争
田2能消除竞争与■硷的逻辑电路
仿真方法:
(1)根据理论上消除竞争与冒险现
象。可把仿真电路图2的开关s7、s4、s1打开,s5闭合时,仿真电路逻辑函数关
系',:彳曰+盈。消去逻辑函数表达式中不
存在竞争的变量B、C,即令B=c=l,仿真
万方数据
1
35
灰色Verhulst幂函数模型在沉降预测中的应用
王
永
(延安大学西安创新学院,陕西西安710100)
【摘要】分析指出不同生长曲线模型在沉降预测应用中的不足,通过对灰色Verhulst模型的建模数据进行幂函数变换,利用梯形积分公武和辛普森积分公武建立新的灰
微分方程以及利用模式搜索法对参数进行二次优化,建立灰色Vcthulst幂函数模型,新模型不仅适用于不同类型沉降曲线预测,而且不受制于数据类型的限制。工程实倒
应用结果显示灰色Verhulsc幂函数模型具有较高的预测精度。
【关键词】沉降预测;灰色VcfhIlls蠼型;幂函数
引言
在软土地区进行建设,为了保证建筑物的正常使用功能,把地基的工后沉降或不均匀沉降控制在一定范围之内是非常重要的…。长期以来,学者们提出了各种计算
灰色VerhulSt幂函数模型,通过对传统VerhulSt模型的建模数据进行幂函数变换,利用梯形积分公式和辛普森积分公式建立新的灰微分方程以及利用模式搜索法对参数进行二次优化,使得新模型不仅适用于不同类型沉降曲线预测,而且不受制于数据类型的限制,并且可以获得更高精度预测结果。
1.灰色VerhuIst幂函数模型、1.1传统灰色Verhulst模型
设S‘1’为累积沉降数据序列,S(o’为S‘1’的一次累减序列,Z“’为S¨’的紧邻均值生成序列,则灰色Verhulst模型的灰微分方程为
不匹配,利用ZⅢ(七)与(Z㈨(_|}))2表示sQ,与(S“’)2欠妥;最后,模型为等时距模型,仅适用于等时距数据。因此本文建立了以下灰色Verhulst幂函数模型。
1.2灰色Verhulst幂函数模型的建立设∥”(f)为累积沉降数据序列,
地基沉降量的方法,这些方法对于建筑物
的设计、施T都起到了重要的指导作用。理论研究和大量现场沉降观测资料表明,沉降随时间变化的伞过程曲线呈“S”形状旧J。因此,不同类型的生长曲线模型被应用到软基沉降预测中,包括Logistics/Verhulst模型¨叫’、Gompertz模型埔o、VoriBertalanffy模型哺1、Weibull模型幢1以及Richards/Usher模型u。‘卜引。传统“S”形曲线模裂的应用主要存在三个问题:一、LogiStics/Verhulst、Gompertz和
Yon
sO)=Go’O萨为s‘1’(f)的幂函数转换数据一”(f)为时间序列,产(f)为时间序列的
一次累减序列即时间间隔序列,s(力的灰色Verhulst模型的白化方程为
黑+础=夙2
dtu’
(1)
下面建立其对应的灰微分方程:对式(1)在t(1’(t-1)到t(1’∞上积分有
J∽∞+azO)∞=6G∞∽》2
对应的白化方程为
.n、
腮,嘉=碟,^髭,j
则有
Bertalanffy曲线模型反弯点处的沉
降与最终沉降的比值为定值心1或者说拐点值固定婚o,致使这类模型无法适用于不同类型的软基沉降曲线预测;二、传统灰色回归方法所得模型参数精度不够,灰微分方程中背景值的表达不够准确;三、非等时距数据处理的不足,一些生长曲线模型的建立需要原始数据为等时距数据,因此采用插值哺1等方法处理原始数据,一定程度上导致数据失真。为此,本文提出
垒尝+agO):b(sO))2甜
其解即灰色Verhulst模型的时间响应
开有
s岱)一s岱-i)=b就)S2一口宽广
(2)
将等式(2)右边以梯形求积公式展
6就)S2--C/就,s
=一讲(o’@c@+6f(0’岱)D∞
j蠢2能消除竟争与冒险现象逻辅电路的输入、输出被彤田开关状态逻辑函数措施输入波形输出波形
结论
电路逻辑函数关系y:A+-2。根据仿真电路图1分析,存在0型冒险,可产生负尖
争与冒险这一现象,使学牛对数字电子组合逻辑电路中的竞争与冒险现象有较深刻的认识。不要一味追求逻辑函数、逻辑电路最简化,这样才能使学生更好的正确掌握数字电子组合逻辑电路的分析和设计方法,学好数字电路课程。
参考文献
S7,s6,S5,S4接
通,S1断开
一
S7、S6、S5,
“・、sl接通,s5
断开
峰干扰脉冲。当开关s7、s4、S1闭合,
S5打开时,仿真电路的逻辑函数关系为y=AB+EC+BC逻辑函数增加冗余项BC,当逻辑变量B=C=l时,仿真电路的逻辑函数关系为Y=I即可消除负尖峰干扰脉冲。
(2)实际观察仿真电路是否能消除竞争与冒险现象,仿真结果如表2。
通过仿真结果可知,加接冗余项后,能有效的消除竞争与冒险现象。由此可得出一个结论,对于逻辑电路并不是越简单越好。有时为了消除竞争与冒险现象,需加接冗余项。
r=一+』
r=仰+AC*BC
来果取任何措施
j
f.1
:I
…●—1
加接冗余项
LJl_j1.
l—j,Ui-
负尖蜂干扰脉冲消除
丁T_『
产生负尖峰T扰脉冲
3.结束语
基于数字电路竞争与冒险现象以及消除竞争与冒险万法进行仿真分析,并结合大多数数字电子组合逻辑电路都存在着竞争这一客观事实。本人认为在进j,数字电子组合逻辑电路的分析和设计教学时,应强调说明数字电子组合逻辑电路中的竞
【1】邓步生.Muldsim2001电路设计及仿真入门与应用嗍.
北京:2009年2月.
圆扬志忠.数字电子技术邙田.北京:高等教育出版社,2000
年8月.
【3”#大钬.电子技术基础实验f明.北京:高等教育出版
社,2002年4月.
作者简介:刘高潮(1953_一),男,副教授,主要
从事电子技术应用教学与研究。
万方数据